EP0334796B1 - Process for the production of unsaturated halogenated hydrocarbons - Google Patents

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EP0334796B1
EP0334796B1 EP89710014A EP89710014A EP0334796B1 EP 0334796 B1 EP0334796 B1 EP 0334796B1 EP 89710014 A EP89710014 A EP 89710014A EP 89710014 A EP89710014 A EP 89710014A EP 0334796 B1 EP0334796 B1 EP 0334796B1
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EP
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electrolysis
employed
catholyte
acid
electrolyte
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Steffen Dr. Dapperheld
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Hoechst AG
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Hoechst AG
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    • C25B3/00Electrolytic production of organic compounds
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    • C25B3/25Reduction
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    • C25B3/00Electrolytic production of organic compounds
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    • C25B3/28Fluorination
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    • C25B11/04Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for characterised by the material
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    • C25B11/043Carbon, e.g. diamond or graphene
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    • C25BELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
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    • C25B15/02Process control or regulation
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
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    • C25BELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B15/00Operating or servicing cells
    • C25B15/08Supplying or removing reactants or electrolytes; Regeneration of electrolytes

Definitions

  • the invention relates to a process for the production of unsaturated halogenated hydrocarbons by electrolysis in the presence of certain onium compounds and metal salts.
  • Unsaturated halogenated hydrocarbons such as tetrafluoroethylene, chlorotrifluoroethylene, vinylidene fluoride or hexafluoropropene are of great technical importance especially for the production of fluoroplastics and inert liquids.
  • Halogenated olefins especially fluorine-containing olefins, are among others. prepared by decarboxylation of fluorocarboxylic acids, pyrolysis of chlorofluorocarbons or thermal or base-catalyzed dehydrohalogenation of hydrogen-containing haloalkanes.
  • porous ceramic diaphragms The problem of membrane damage can be overcome by using porous ceramic diaphragms.
  • a mixing of the anolyte and the catholyte as well as the anolyte and the catholyte exhaust gas is to be expected, so that on the one hand the olefin reacts with the anodically produced chlorine and on the other hand chlorine and the explosive chlorine oxyhydrogen gas formed on the cathode can form.
  • Ceramic diaphragms are used in various processes (SU-PS 230.131, Zh. Prikl. Chim. 1978, Vol. 51, pp. 701, 703).
  • the electrolysis of chlorofluorocarbons such as CF2Cl-CFCl2 or CF2Cl-CF2Cl to chlorotrifluoroethylene and tetrafluoroethylene can be carried out in basic or neutral mixtures of water and polar organic solvents such as isopropanol, acetone or dioxane.
  • the current yields are between 53.3 and 21.7%.
  • the catholyte which consists of 75 ml KOH solution in water and 75 ml isopropanol, has to be fed about 0.15 g lead nitrate per hour to maintain the activity of the lead cathode.
  • Starting compounds of formula (II) are polyhalogenated alkyl compounds, preferably the dichlorides, dibromides or bromochloride addition products of corresponding olefins, which are e.g. derived from the following olefins: 1,1,2,2-tetrafluoroethylene, 1,1,2-trifluoro-2-chloroethylene, 1,1,2-trifluoroethylene, the various dichlorodifluoro, difluoro, difluorochloroethylene, 1.1 , 2-trichloro-2-fluoroethylene, fluoroethylene, the various dichlorofluoro- and chlorofluoroethylene as well as hexafluoropropene.
  • olefins e.g. derived from the following olefins: 1,1,2,2-tetrafluoroethylene, 1,1,2-trifluoro-2-chloroethylene, 1,1,2-trifluoroethylene, the various dichlorodifluoro, difluoro, diflu
  • the compounds of formula (II) are in concentrations of 1% to 60 wt .-%, preferably 5 to 50 wt .-%, based on the total amount of the electrolyte D) in the undivided cell or the catholyte D1) in the divided Cell used.
  • the method according to the invention is carried out in divided or undivided cells. Accordingly, there is a catholyte D1) or an anolyte D2) in divided cells, while only one electrolyte D) is present in undivided cells. These circumstances must be taken into account when interpreting the description and claims.
  • ion exchange membranes in particular cation exchange membranes made of a polymer such as polystyrene, preferably of perfluorinated polymers with carboxyl and / or sulfonic acid groups, are used.
  • ion exchange membranes in particular cation exchange membranes made of a polymer such as polystyrene, preferably of perfluorinated polymers with carboxyl and / or sulfonic acid groups, are used.
  • the use of stable anion exchange membranes is also possible.
  • the electrolysis can be carried out in all conventional electrolysis cells, for example in beaker or plate and frame cells or cells with fixed bed or fluidized bed electrodes. Both the monopolar and the bipolar circuit of the electrodes can be used.
  • Electrolysis is generally carried out on carbon cathodes.
  • All known carbon electrode materials can therefore be used as carbon cathodes, for example electrode graphites, impregnated graphite materials, porous graphites, carbon felts, vitreous carbon and also carbon-plastic composite materials.
  • the composite materials used are, for example, polytetrafluoroethylene and polyvinylidene fluoride.
  • All known materials on which the corresponding anode reactions take place can be used as anode material.
  • lead, lead dioxide on lead or other carriers, platinum, titanium dioxide doped with noble metal oxides (such as ruthenium dioxide) on titanium are suitable for the development of oxygen from dilute sulfuric acid.
  • Carbon or titanium dioxide doped with precious metal oxides on titanium are suitable, for example, for the development of chlorine from aqueous alkali metal chloride or aqueous or alcoholic hydrogen chloride solutions.
  • anolyte D2 When working in divided electrolytic cells, the use of an anolyte D2) is required.
  • Suitable anolyte liquids are aqueous mineral acids or solutions of their salts, for example dilute sulfuric acid, hydrochloric acid, sodium sulfate or sodium chloride solutions or solutions of hydrogen chloride in alcohol.
  • the electrolyte D) in the undivided or the catholyte D1) in the divided cell contains the compound of formula (II) used and consists of water, one or more organic solvents or a mixture of both.
  • suitable organic solvents are short-chain aliphatic alcohols such as the various butanols; Diols such as propanediol, but also polyethylene glycols and their ethers; Ethers such as tetrahydrofuran, amides such as hexamethylphosphoric triamide, nitriles such as propionitrile; Ketones such as acetone; as well as sulfolane or dimethyl sulfoxide, but preferably methanol, ethanol, the various propanols, ethylene glycol, dioxane, N, N-dimethylformamide and N-methyl-2-pyrrolidone.
  • the electrolyte D) in the undivided cell or the catholyte D1) in the divided cell are C) soluble salts of metals with a hydrogen overvoltage of at least 0.25 V, based on a current density of 100 mA / cm2) in concentrations of 10 ⁇ 5 to 5 wt .-%, preferably 10 ⁇ 3 to 5 wt .-%, each based on the total amount of the electrolyte or catholyte, added.
  • the preferred anions of these salts are Cl ⁇ , SO 2- 4th NO3 ⁇ , CH3COO ⁇ and PO 3- 4th .
  • the salts can be added directly or, for example, can be generated in the solution by adding soluble oxides or carbonates. When choosing the anions, care must be taken to ensure that no compounds which are insoluble in the electrolyte are formed with the cations of the aforementioned metals.
  • one or more compounds B) with at least one nitrogen or phosphorus atom according to the formulas (III) to (VI) in concentrations of 10oly to 10% by weight are added to the electrolyte or the catholyte. , preferably 10 ⁇ 4 to 5 wt .-%, based on the total amount D) or D1) added.
  • Particularly suitable compounds of the formulas (III) to (VI) are tetramethyl, tetraethyl, tetrapropyl-, tetrabutylammonium or -phosphonium-, benzyl-, octyl, decyl, dodecyl, tetradecyl-, hexadecyl, octadecyltrimethylammonium or -trimethylphosphonium, dio , Didecyl-, Didodecyl, Ditetradecyl, Dihexadecyl, Dioctadecyldimethylammonium or -dimethylphosphonium, Methyltrioctylammonium and mixtures thereof.
  • primary, secondary and tertiary amines can also be used, from which the onium compounds are formed in the course of the electrolysis.
  • the nature of the anions of the compounds B) is irrelevant for the process; preference is given to the halide, sulfate, tetrafluoroborate and hydroxide ions.
  • the catholyte in the divided cell or the electrolyte in the undivided cell as component E) can have at least one inorganic and / or organic acid and salts thereof in concentrations of 5 to 60, preferably 10 to 50,% by weight to be added to the total amount of the electrolyte.
  • Hydrochloric, boric, phosphoric, sulfuric or tetrafluoroboric acid can be used as the inorganic acids, but preference is given to the organic acids.
  • C1-C5 alkane carboxylic acids such as formic, acetic, propionic
  • the salts of the acids mentioned are the ammonium, sodium, potassium and / or C1-C4-tetraalkylammonium salts.
  • compounds can be added to the electrolyte which are oxidized at a more negative potential than the released halogen ions in order to avoid the formation of the free halogen.
  • compounds of the formulas (III) and (IV) are suitable in which the anion Z is radicals of oxalic acid, methoxyacetic acid, glyoxylic acid, formic acid and / or hydrochloric acid, e.g. the tetramethyl and tetraethylammonium compounds of the acids mentioned.
  • the electrolysis is carried out at atmospheric pressure. Since some of the suitable organic acids or their salts are not sufficiently soluble under the conditions described, in particular at low temperatures, and some of the starting products have very low boiling points, it may be necessary to carry out the electrolysis under increased pressure of up to 10 bar, preferably Carry out up to 7 and in particular up to 5 bar and, if appropriate, elevated temperature.
  • the current density in the electrolysis is generally 1 to 600 mA / cm2, preferably 10 to 500 mA / cm2, in particular 20 to 400 mA / cm2.
  • the electrolysis temperature is in the range from -40 ° C. to the boiling point of the electrolyte or catholyte used, preferably from -30 ° C. to 90 ° C., in particular from -10 ° to 80 ° C.
  • Electrolysis under increased pressure makes it possible to shift the boiling point of the electrolyte or catholyte to higher values, in order to improve the solubility of the starting compounds and of the acids or salts.
  • the pH of the electrolyte can be varied between 0 and 14 over the pH range mentioned.
  • electrolysis at a pH of less than 7 is advantageous, since under these conditions the metal ions used do not form poorly soluble compounds which can destroy the cation exchange membrane of a divided cell.
  • the electrolysis is carried out in particular at a pH between 5 and 0.2.
  • reaction products generally leave the electrolysis arrangement in gaseous form or under elevated pressure or also in condensed form and are in suitable vessels, e.g. Cold traps, caught.
  • the electrolyte or catholyte is worked up, the isolation of non-gaseous products and the recovery of unreacted halogen fluorocarbons is carried out by extraction and / or distillation in a known manner.
  • the added metal salts and the compounds of the formulas (III) to (VI) or the acids or salts contained in electrolytes or catholytes can include be fed back to the electrolysis because the starting products and the hydrohalic acids formed in most cases boil lower than the organic acids and can thus be separated off easily.
  • the hydrohalic acids can be added to the anolyte where they are oxidized to halogen.
  • the products obtained by the process according to the invention are suitable as a starting material for the production of fluorine-containing polymers.
  • Electrolysis cell 1
  • Electrode graphite or impregnated graphite (®Diabon N from Sigri, Meitingen, Germany) was used as the cathode and graphite or a platinum plate impregnated as the anode.
  • Anolyte aqueous 15 to 35% hydrochloric acid, saturated methanolic hydrochloric acid or 0.5 to 2N aqueous sulfuric acid.
  • the electrode spacing was 4 mm and nets made of polyethylene were used as spacers.
  • the cation exchange membrane was a two- or single-layer membrane made from a copolymer of a perfluorosulfonylethoxy vinyl ether and tetrafluoroethylene (type ®Nafion 324 or 423 from DuPont, Wilmington, Dela., USA).
  • Electrolytic cell 2
  • Uncovered glass pot cell with a volume of 350 ml; Cathode (®Diabon N from Sigri, Meitingen, Germany); Anode: platinum mesh, graphite or lead plate (20 cm2); Cathode area: 12 cm2; Electrode distance: 1.5 cm; Anolyte: as in electrolytic cell 1; Cation exchange membrane: Nafion 324; Mass transfer: by magnetic stirrer.
  • Concentrated hydrochloric acid in water was oxidized to chlorine on an anode made of electrode graphite.
  • Anode and cathode compartments were separated by a Nafion 324 cation exchange membrane.
  • the voltage was 5.5 V. After a charge consumption of 45 Ah, the voltage had risen to 7.1 V and continued to increase by approximately 0.1 V per minute. 74% of the charge was used to develop hydrogen from protons.
  • Electrolytic cell 1 Starting catholyte: 2000 ml of methanol, 100 ml of concentrated hydrochloric acid, 500 g of CF2Cl-CFCl2

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von ungesättigten halogenierten Kohlenwasserstoffen durch Elektrolyse in Gegenwart bestimmter Onium-Verbindungen und Metallsalzen.The invention relates to a process for the production of unsaturated halogenated hydrocarbons by electrolysis in the presence of certain onium compounds and metal salts.

Ungesättigte halogenierte Kohlenwasserstoffe wie Tetrafluoräthylen, Chlortrifluoräthylen, Vinylidenfluorid oder Hexafluorpropen haben vor allem für die Herstellung von Fluorkunststoffen und Inertflüssigkeiten große technische Bedeutung.Unsaturated halogenated hydrocarbons such as tetrafluoroethylene, chlorotrifluoroethylene, vinylidene fluoride or hexafluoropropene are of great technical importance especially for the production of fluoroplastics and inert liquids.

Halogenierte Olefine, insbesondere fluorhaltige Olefine, werden u.a. durch Decarboxylierung von Fluorcarbonsäuren, Pyrolyse von Chlorfluorkohlenwasserstoffen oder thermische bzw. basenkatalysierte Dehydrohalogenierung von wasserstoffhaltigen Halogenalkanen hergestellt.Halogenated olefins, especially fluorine-containing olefins, are among others. prepared by decarboxylation of fluorocarboxylic acids, pyrolysis of chlorofluorocarbons or thermal or base-catalyzed dehydrohalogenation of hydrogen-containing haloalkanes.

Besonders reine Produkte liefert die Dehalogenierung von brom- oder chlorhaltigen Fluorkohlenwasserstoffen, die beispielsweise mit Zink in Methanol durchgeführt wird.The dehalogenation of bromine- or chlorine-containing fluorocarbons, which is carried out, for example, with zinc in methanol, provides particularly pure products.

Da dieser Prozeß mit dem Anfall großer Mengen von Zinksalzen verbunden ist, wurden Verfahren entwickelt, das Zink elektrochemisch zu erzeugen und nach der Reaktion zu regenerieren. Ein solches Verfahren wird nach der Reaktionsgleichung CF₂Cl-CFCl₂ → CF₂ = CFCl + Cl₂

Figure imgb0001

durchgeführt (DE-PS 28 18 066). Als Kathode dient eine Zink- bzw. eine Aluminiumplatte, jedoch sind auch andere Metallkathoden geeignet. Der Katholyt besteht aus CF₂Cl-CFCl₂, Wasser, Zinkchlorid und einem anionischen Detergens.Since this process is associated with the accumulation of large amounts of zinc salts, methods have been developed to produce the zinc electrochemically and to regenerate it after the reaction. Such a procedure is based on the reaction equation CF₂Cl-CFCl₂ → CF₂ = CFCl + Cl₂
Figure imgb0001

carried out (DE-PS 28 18 066). A zinc or aluminum plate serves as the cathode, but other metal cathodes are also suitable. The catholyte consists of CF₂Cl-CFCl₂, water, zinc chloride and an anionic detergent.

In einer durch eine perfluorierte Kationenaustauscher-Membran geteilten Zelle wird bei 10 bis 15 V und einer Stromdichte von 55 mA/cm² elektrolysiert. An der Anode, die aus Platin besteht, wird Chlor entwickelt. Die Ausbeute an CF₂=CFCl beträgt bei einer Stromausbeute von 81,9 % ca. 90 %.In a cell divided by a perfluorinated cation exchange membrane, electrolysis is carried out at 10 to 15 V and a current density of 55 mA / cm². Chlorine is developed on the anode, which consists of platinum. The yield of CF₂ = CFCl is approximately 90% with a current yield of 81.9%.

Das Verfahren ist aber unwirtschaftlich, da die Stromdichte für einen technischen Prozeß zu niedrig, die Spannung und damit der Energieverbrauch zu hoch und die Anoden aus Platin zu teuer sind.However, the process is uneconomical since the current density is too low for a technical process, the voltage and thus the energy consumption are too high and the platinum anodes are too expensive.

Bekannt ist ferner die Dehalogenierung von organischen Halogenverbindungen wie CF₂Cl-CFCl₂ durch elektrochemisch abgeschiedene Metalle mit dehalogenierenden Eigenschaften wie Zn, Sb, As, Cd und Fe (veröffentlichte US-Anmeldung 762 873). Hierbei wird die Elektrolyse an Elektroden aus Kupfer in einer wäßrig-äthanolischen Lösung des Metallsalzes durchgeführt. Die Elektrolysezelle selbst ist nicht geteilt, es werden aber Anoden- und Kathodengas getrennt voneinander aufgefangen. Nachteilig an diesem Verfahren ist vor allem die Verwendung von Kupfer als Anodenwerkstoff, denn Kupfer ist bekanntermaßen kein stabiles Material für Anoden, an denen Chlorid-Ionen zu Chlor oxidiert werden, wie es in einer ungeteilten Elektrolysezelle zwangsläufig der Fall ist. Zusätzlich ist die vorgeschlagene Elektrolysezelle für einen technischen Prozeß nicht geeignet und die Stromdichte zu niedrig, um eine wirtschaftliche Durchführung des Verfahrens zu gewährleisten.Also known is the dehalogenation of organic halogen compounds such as CF₂Cl-CFCl₂ by electrochemically deposited metals with dehalogenating properties such as Zn, Sb, As, Cd and Fe (published US application 762,873). The electrolysis is carried out on electrodes made of copper in an aqueous ethanolic solution of the metal salt. The electrolytic cell itself is not divided, but anode and cathode gases are collected separately. The disadvantage of this process is above all the use of copper as an anode material, since copper is known to be not a stable material for anodes on which chloride ions are oxidized to chlorine, as is inevitably the case in an undivided electrolysis cell. In addition, the proposed electrolytic cell is not suitable for a technical process and the current density is too low to ensure that the method is carried out economically.

Ein weiteres Verfahren arbeitet mit noch niedrigeren Stromdichten (SU-PS 520.342). CF₂Cl-CFCl₂ wird in wäßriger Emulsion in Gegenwart eines Emulgators an Graphit-Elektroden mit einer Stromdichte von 30 mA/cm² elektrolysiert. Man erhält ein reines Produkt in einer Ausbeute von 80 %.Another method works with even lower current densities (SU-PS 520.342). CF₂Cl-CFCl₂ is electrolyzed in aqueous emulsion in the presence of an emulsifier on graphite electrodes with a current density of 30 mA / cm². A pure product is obtained in a yield of 80%.

Nachteilig ist bei diesem Verfahren die Verwendung des teuren und explosionsgefährlichen Leitsalzes LiClO₄. Außerdem tritt eine Schädigung der Kationenaustauscher-Membran auf, wenn die Elektrolyse in einer technischen Durchflußzelle, wie im Vergleichsbeispiel 1 beschrieben, durchgeführt wird.The disadvantage of this process is the use of the expensive and explosive conductive salt LiClO₄. In addition, damage to the cation exchange membrane occurs when the electrolysis is carried out in a technical flow cell, as described in Comparative Example 1.

Das Problem der Membranschädigung kann zwar durch die Verwendung von porösen keramischen Diaphragmen überwunden werden. In diesem Fall ist aber eine Vermischung des Anolyten und des Katholyten sowie des Anolyt- und des Katholytabgases zu erwarten, so daß zum einen das Olefin mit dem anodisch erzeugten Chlor reagiert, zum anderen sich aus Chlor und dem an der Kathode entstehenden Nebenprodukt Wasserstoff explosives Chlorknallgas bilden kann.The problem of membrane damage can be overcome by using porous ceramic diaphragms. In this case, however, a mixing of the anolyte and the catholyte as well as the anolyte and the catholyte exhaust gas is to be expected, so that on the one hand the olefin reacts with the anodically produced chlorine and on the other hand chlorine and the explosive chlorine oxyhydrogen gas formed on the cathode can form.

Keramische Diaphragmen werden in verschiedenen Verfahren eingesetzt (SU-PS 230.131, Zh. Prikl. Chim. 1978, Bd. 51, S. 701, 703). Die Elektrolyse von Chlorfluorkohlenwasserstoffen wie CF₂Cl-CFCl₂ oder CF₂Cl-CF₂Cl zu Chlortrifluoräthylen und Tetrafluoräthylen kann in basischen oder neutralen Mischungen von Wasser und polaren organischen Lösungsmitteln wie Isopropanol, Aceton oder Dioxan durchgeführt werden. Bei Stromdichten von 17 bis 34 mA/cm² und Spannungen von 4 bis 9 V liegen die Stromausbeuten zwischen 53,3 und 21,7 %.Ceramic diaphragms are used in various processes (SU-PS 230.131, Zh. Prikl. Chim. 1978, Vol. 51, pp. 701, 703). The electrolysis of chlorofluorocarbons such as CF₂Cl-CFCl₂ or CF₂Cl-CF₂Cl to chlorotrifluoroethylene and tetrafluoroethylene can be carried out in basic or neutral mixtures of water and polar organic solvents such as isopropanol, acetone or dioxane. At current densities of 17 to 34 mA / cm² and voltages from 4 to 9 V, the current yields are between 53.3 and 21.7%.

Zusätzlich zur Base KOH, die zur Neutralisation der entstehenden Salzsäure zugefügt wird und so einen unerwünschten Salzanfall verursacht, muß dem Katholyten, der aus 75 ml KOH-Lösung in Wasser und 75 ml Isopropanol besteht, noch ca. 0,15 g Bleinitrat pro Stunde zugeführt werden, um die Aktivität der Bleikathode zu erhalten.In addition to the base KOH, which is added to neutralize the resulting hydrochloric acid and thus cause an undesirable salt accumulation, the catholyte, which consists of 75 ml KOH solution in water and 75 ml isopropanol, has to be fed about 0.15 g lead nitrate per hour to maintain the activity of the lead cathode.

Neben den Problemen, die mit der Verwendung von keramischen Diaphragmen verbunden sind, treten bei den beschriebenen Verfahren noch Korrosion oder Passivierung der Kathode auf. Durch die Zugabe von Basen und Bleinitrat-Lösungen zum Katholyten entstehen nicht nur salzhaltige, sondern auch schwermetallhaltige Abwässer.In addition to the problems associated with the use of ceramic diaphragms, corrosion or passivation of the cathode also occur in the processes described. The addition of bases and lead nitrate solutions to the catholyte produces not only saline but also heavy metal wastewater.

Der Einsatz eines keramischen Diaphragmas wird auch in einer weiteren Literaturstelle zitiert (IT-OS 852.487). Als Kathode wird in diesem Verfahren das aus toxikologischen und verfahrenstechnischen Gründen für ein technisches Verfahren ungeeignete Metall Quecksilber bevorzugt. In einem Katholyten aus Wasser und wasserlöslichen Lösungsmitteln wie Dioxan oder Aceton und einem Puffersalz wie Kaliumacetat wird unter Potentialkontrolle elektrolysiert.The use of a ceramic diaphragm is also cited in another literature reference (IT-OS 852.487). In this process, the metal mercury which is unsuitable for a technical process for toxicological and process engineering reasons is preferred as the cathode. In a catholyte consisting of water and water-soluble solvents such as dioxane or acetone and a buffer salt such as potassium acetate, electrolysis is carried out under potential control.

Die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens wird durch den hohen Salzanfall im Abwasser, die Verwendung von Quecksilber und die aufwendige Kontrolle des Potentials der Kathode stark beeinträchtigt.The economics of the process are greatly affected by the high salt accumulation in the wastewater, the use of mercury and the complex control of the potential of the cathode.

Bekannt ist auch die Elektrolyse von Halogenkohlenwasserstoffen zu Halogenolefinen an porösen, hydrophoben Kunststoff-Metall-Verbundelektroden aus z.B. Kupfer oder Zink, die in neutralem oder leicht basischen wäßrigem Medium oder in einem Elektrolyten aus 2-molarem Lithiumperchlorat in Wasser durchgeführt wird (SU-PS 702 702, Elektrochimya, 1986, Bd. 22, S. 1132, CA:105:180351; Zh. Prikl. Chim. 1986, Bd. 59, S. 1179, CA:105:31815). Neben dem zwangsläufigen Salzanfall und gegebenenfalls dem Einsatz von Lithiumperchlorat ist auch die Instabilität der Zn-Elektroden von Nachteil, da sie während der Elektrolyse hydrophil und schwammig werden.Also known is the electrolysis of halogenated hydrocarbons to halogen olefins on porous, hydrophobic plastic-metal composite electrodes made of, for example, copper or zinc, which is carried out in neutral or slightly basic aqueous medium or in an electrolyte made of 2-molar lithium perchlorate in water (SU-PS 702 702, Elektrochimya, 1986, vol. 22, p. 1132, CA: 105: 180351; Zh. Prikl. Chim. 1986, vol. 59, p. 1179, CA: 105: 31815). In addition to the inevitable salt accumulation and possibly the use of lithium perchlorate, the instability of the Zn electrodes is also disadvantageous since they become hydrophilic and spongy during the electrolysis.

Es bestand daher die Aufgabe, ein wirtschaftliches Verfahren zur Enthalogenierung von Chlorfluorkohlenwasserstoffen unter Bildung von Chlorfluor- bzw. Fluorolefinen zur Verfügung zu stellen, das nicht mit den Nachteilen der oben angeführten Verfahren, wie Passivierung oder Korrosion der Kathoden, Verwendung des toxischen Quecksilbers, Instabilität von Ionenaustauschermembranen, Gefahr der Chlor-Knallgasentwicklung, niedriger Stromdichte, niedriger Stromausbeute und hohem Salzanfall im Abwasser verbunden ist.It was therefore the task of providing an economical process for the dehalogenation of chlorofluorocarbons with the formation of chlorofluorofluorefins, which does not have the disadvantages of the above-mentioned processes, such as passivation or corrosion of the cathodes, use of toxic mercury, instability of Ion exchange membranes, risk of chlorine oxyhydrogen gas development, low current density, low current efficiency and high salt accumulation in the wastewater.

Diese Aufgabe wird durch das erfindungsgemäße Verfahren gemäß Anspruch 1 gelöst ; bevorzugte Ausgestaltungen dieses Verfahrens sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche 2-17.This object is achieved by the inventive method according to claim 1; preferred embodiments of this method are the subject of dependent claims 2-17.

Die Onium-Verbindungen B) mit mindestens einem Strickstoff- oder Phosphoratom sind Verbindungen der nachfolgenden Formeln III bis VI.

Figure imgb0002
Figure imgb0003
Figure imgb0004
Figure imgb0005

in denen

X
Phosphor oder Stickstoff,
R⁷
Wasserstoff, Alkyl, Cycloalkyl, Aralkyl mit 1 bis 18 C-Atomen im Alkylrest und Aryl mit 6 bis 12 C-Atomen bedeutet,
R⁸
gleich R⁷ ist oder -(R⁷-O)pR⁷ bedeutet,
R⁹
gleich R⁷, R⁸ ist oder -CH₂(Y)qCH₂- bedeutet,
R¹⁰
-(CH₂)p-, -CH₂-[O-(CH₂)p]q-O-(CH₂)₂- ist,
p
eine ganze Zahl von 1 bis 12 ist,
q
Null oder eine ganze Zahl von 1 bis 6 ist,
Y
Stickstoff, Sauerstoff, Schwefel oder -CH₂- und
Z
-OH oder ein Anion einer anorganischen oder organischen Säure bedeutet. Diese Säuren sind beispielsweise die verschiedenen Halogenwasserstoffsäuren, Schwefelsäure, Salpetersäure, salpetrige Säure, Phosphorsäure, H₃BO₃, HBF₄, HPF₆, Ameisensäure, Essigsäure und Oxalsäure.
The onium compounds B) with at least one knitted fabric or phosphorus atom are compounds of the formulas III to VI below.
Figure imgb0002
Figure imgb0003
Figure imgb0004
Figure imgb0005

in which
X
Phosphorus or nitrogen,
R⁷
Is hydrogen, alkyl, cycloalkyl, aralkyl having 1 to 18 carbon atoms in the alkyl radical and aryl having 6 to 12 carbon atoms,
R⁸
is R⁷ or - (R⁷-O) p means R⁷,
R⁹
is R⁷, R⁸ or is -CH₂ (Y) q CH₂-,
R¹⁰
- (CH₂) p -, -CH₂- [O- (CH₂) p ] q -O- (CH₂) ₂-,
p
is an integer from 1 to 12,
q
Is zero or an integer from 1 to 6,
Y
Nitrogen, oxygen, sulfur or -CH₂- and
Z
-OH or an anion of an inorganic or organic acid. These acids are, for example, the various hydrohalic acids, sulfuric acid, nitric acid, nitrous acid, phosphoric acid, H₃BO₃, HBF₄, HPF₆, formic acid, acetic acid and oxalic acid.

Ausgangsverbindungen der Formel (II) sind mehrfach halogenierte Alkylverbindungen, bevorzugt die Dichloride, Dibromide oder Bromchlorid-Additionsprodukte entsprechender Olefine, die sich z.B. von folgenden Olefinen ableiten: 1,1,2,2-Tetrafluoräthylen, 1,1,2-Trifluor-2-chloräthylen, 1,1,2-Trifluoräthylen, die verschiedenen Dichlordifluor-, Difluor-, Difluorchlor-äthylene, 1,1,2-Trichlor-2-fluoräthylen, Fluoräthylen, die verschiedenen Dichlorfluor- und Chlorfluoräthylene sowie Hexafluorpropen.Starting compounds of formula (II) are polyhalogenated alkyl compounds, preferably the dichlorides, dibromides or bromochloride addition products of corresponding olefins, which are e.g. derived from the following olefins: 1,1,2,2-tetrafluoroethylene, 1,1,2-trifluoro-2-chloroethylene, 1,1,2-trifluoroethylene, the various dichlorodifluoro, difluoro, difluorochloroethylene, 1.1 , 2-trichloro-2-fluoroethylene, fluoroethylene, the various dichlorofluoro- and chlorofluoroethylene as well as hexafluoropropene.

Die Verbindungen der Formel (II) werden in Konzentrationen von 1 % bis 60 Gew.-%, vorzugsweise 5 bis 50 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtmenge des Elektrolyten D) in der ungeteilten Zelle bzw. des Katholyten D₁) in der geteilten Zelle eingesetzt.The compounds of formula (II) are in concentrations of 1% to 60 wt .-%, preferably 5 to 50 wt .-%, based on the total amount of the electrolyte D) in the undivided cell or the catholyte D₁) in the divided Cell used.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird in geteilten oder ungeteilten Zellen durchgeführt. Demzufolge befinden sich in geteilten Zellen ein Katholyt D₁) bzw. ein Anolyt D₂), während in ungeteilten Zellen nur ein Elektrolyt D) vorhanden ist. Für die Auslegung der Beschreibung und der Ansprüche ist diesen Gegebenheiten Rechnung zu tragen. Zur Aufteilung der Zellen in Anoden- und Kathodenraum verwendet man Ionenaustauschermembranen, insbesondere Kationenaustauschermembranen aus einem Polymeren wie Polystyrol, vorzugsweise aus perfluorierten Polymeren mit Carboxyl- und/oder Sulfonsäuregruppen. Die Verwendung von stabilen Anionenaustauschermembranen ist ebenfalls möglich.The method according to the invention is carried out in divided or undivided cells. Accordingly, there is a catholyte D₁) or an anolyte D₂) in divided cells, while only one electrolyte D) is present in undivided cells. These circumstances must be taken into account when interpreting the description and claims. To exchange the cells in the anode and cathode compartments, ion exchange membranes, in particular cation exchange membranes made of a polymer such as polystyrene, preferably of perfluorinated polymers with carboxyl and / or sulfonic acid groups, are used. The use of stable anion exchange membranes is also possible.

Die Elektrolyse kann in allen üblichen Elektrolysezellen, beispielsweise in Becherglas- oder Platten- und Rahmenzellen oder Zellen mit Festbett- oder Fließbettelektroden, durchgeführt werden. Es ist sowohl die monopolare als auch die bipolare Schaltung der Elektroden anwendbar.The electrolysis can be carried out in all conventional electrolysis cells, for example in beaker or plate and frame cells or cells with fixed bed or fluidized bed electrodes. Both the monopolar and the bipolar circuit of the electrodes can be used.

Es ist möglich, die Elektrolyse sowohl kontinuierlich als auch diskontinuierlich durchzuführen.It is possible to carry out the electrolysis both continuously and batchwise.

Die Elektrolyse wird im allgemeinen an Kathoden aus Kohlenstoff durchgeführt. Als Kohlenstoffkathoden können daher alle bekannten Kohle-Elektrodenmaterialien Verwendung finden, z.B. Elektrodengraphite, imprägnierte Graphitwerkstoffe, poröse Graphite, Kohlefilze, glasartiger Kohlenstoff und auch Kohlenstoff-Kunststoffverbundwerkstoffe. Als Kunststoffe werden bei den Verbundwerkstoffen z.B. Polytetrafluoräthylen, Polyvinylidenfluorid eingesetzt. Als Anodenmaterial können alle bekannten Materialien verwendet werden, an denen die korrespondierenden Anodenreaktionen ablaufen. Beispielsweise sind Blei, Bleidioxid auf Blei oder anderen Trägern, Platin, mit Edelmetalloxiden (wie Rutheniumdioxid) dotiertes Titandioxid auf Titan für die Sauerstoffentwicklung aus verdünnter Schwefelsäure geeignet. Kohlenstoff oder mit Edelmetalloxiden dotiertes Titandioxid auf Titan sind beispielsweise zur Entwicklung von Chlor aus wäßrigen Alkalichlorid- oder wäßrigen oder alkoholischen Chlorwasserstoff-Lösungen geeignet.Electrolysis is generally carried out on carbon cathodes. All known carbon electrode materials can therefore be used as carbon cathodes, for example electrode graphites, impregnated graphite materials, porous graphites, carbon felts, vitreous carbon and also carbon-plastic composite materials. The composite materials used are, for example, polytetrafluoroethylene and polyvinylidene fluoride. All known materials on which the corresponding anode reactions take place can be used as anode material. For example, lead, lead dioxide on lead or other carriers, platinum, titanium dioxide doped with noble metal oxides (such as ruthenium dioxide) on titanium are suitable for the development of oxygen from dilute sulfuric acid. Carbon or titanium dioxide doped with precious metal oxides on titanium are suitable, for example, for the development of chlorine from aqueous alkali metal chloride or aqueous or alcoholic hydrogen chloride solutions.

Beim Arbeiten in geteilten Elektrolysezellen ist der Einsatz eines Anolyten D₂) erforderlich. Geeignete Anolytflüssigkeiten sind wäßrige Mineralsäuren oder Lösungen ihrer Salze, beispielsweise verdünnte Schwefelsäure, Salzsäure, Natriumsulfat- oder Natriumchloridlösungen oder Lösungen von Chlorwasserstoff in Alkohol.When working in divided electrolytic cells, the use of an anolyte D₂) is required. Suitable anolyte liquids are aqueous mineral acids or solutions of their salts, for example dilute sulfuric acid, hydrochloric acid, sodium sulfate or sodium chloride solutions or solutions of hydrogen chloride in alcohol.

Als Reaktion an der Anode findet z.B. die Entwicklung von Halogen aus wäßrigen oder alkoholischen Alkalihalogenid- oder Halogenwasserstoff-Lösungen statt.In response to the anode, e.g. the development of halogen from aqueous or alcoholic alkali halide or hydrogen halide solutions instead.

Der Elektrolyt D) in der ungeteilten oder der Katholyt D₁) in der geteilten Zelle enthält die eingesetzte Verbindung der Formel (II) und besteht aus Wasser, einem oder mehreren organischen Lösungsmitteln oder einem Gemisch von beiden. Beispiele für geeignete organische Lösungsmittel sind kurzkettige aliphatische Alkohole wie die verschiedenen Butanole; Diole wie Propandiol, aber auch Polyäthylenglykole und deren Äther; Äther wie Tetrahydrofuran, Amide wie Hexamethylphosphorsäuretriamid, Nitrile wie Propionitril; Ketone wie Aceton; sowie Sulfolan oder Dimethylsulfoxid, bevorzugt aber Methanol, Äthanol, die verschiedenen Propanole, Äthylenglykol, Dioxan, N,N-Dimethylformamid und N-Methyl-2-pyrrolidon.The electrolyte D) in the undivided or the catholyte D₁) in the divided cell contains the compound of formula (II) used and consists of water, one or more organic solvents or a mixture of both. Examples of suitable organic solvents are short-chain aliphatic alcohols such as the various butanols; Diols such as propanediol, but also polyethylene glycols and their ethers; Ethers such as tetrahydrofuran, amides such as hexamethylphosphoric triamide, nitriles such as propionitrile; Ketones such as acetone; as well as sulfolane or dimethyl sulfoxide, but preferably methanol, ethanol, the various propanols, ethylene glycol, dioxane, N, N-dimethylformamide and N-methyl-2-pyrrolidone.

Unter den beschriebenen Bedingungen können mitunter Reaktionen zwischen dem organischen Lösungsmittel und dem gebildeten Halogen ablaufen, die zur Bildung von unerwünschten Nebenprodukten führen, wie beispielsweise der Bildung von Dichlordimethylether aus Methanol, Chlor und Chlorwasserstoff. Diese Nebenreaktionen können verhindert werden, indem in einem Elektrolyten D) bzw. Katholyten D₁), einem Gemisch aus Wasser und mindestens einer organischen Säure und/oder mindestens einem Salz dieser Säure und das, mit Ausnahme des organischen Lösungsmittels, die übrigen beschriebenen Zusätze enthält, elektrolysiert wird.Under the conditions described, reactions can sometimes occur between the organic solvent and the halogen formed, which lead to the formation of undesirable by-products, such as the formation of dichlorodimethyl ether from methanol, chlorine and hydrogen chloride. These side reactions can be prevented by in a electrolyte D) or catholyte D₁), a mixture of water and at least one organic acid and / or at least one salt of this acid and that, with the exception of the organic Solvent, which contains the other additives described, is electrolyzed.

Dem Elektrolyten D) in der ungeteilten Zelle bzw. dem Katholyten D₁) in der geteilten Zelle werden C) lösliche Salze von Metallen mit einer Wasserstoffüberspannung von mindestens 0,25 V, bezogen auf eine Stromdichte von 100 mA/cm²) in Konzentrationen von 10⁻⁵ bis 5 Gew.-%, vorzugsweise 10⁻³ bis 5 Gew.-%, jeweils bezogen auf die Gesamtmenge des Elektrolyten oder Katholyten, zugegeben.The electrolyte D) in the undivided cell or the catholyte D₁) in the divided cell are C) soluble salts of metals with a hydrogen overvoltage of at least 0.25 V, based on a current density of 100 mA / cm²) in concentrations of 10⁻ ⁵ to 5 wt .-%, preferably 10⁻³ to 5 wt .-%, each based on the total amount of the electrolyte or catholyte, added.

Die bevorzugten Anionen dieser Salze sind Cl⁻, SO 2- 4 

Figure imgb0006
NO₃⁻, CH₃COO⁻ und PO 3- 4 
Figure imgb0007
. Die Salze können direkt zugesetzt oder auch z.B. durch Zugabe von löslichen Oxiden oder Carbonaten in der Lösung erzeugt werden. Bei der Wahl der Anionen ist darauf zu achten, daß mit den Kationen der vorgenannten Metalle keine im Elektrolyten unlöslichen Verbindungen gebildet werden.The preferred anions of these salts are Cl⁻, SO 2- 4th
Figure imgb0006
NO₃⁻, CH₃COO⁻ and PO 3- 4th
Figure imgb0007
. The salts can be added directly or, for example, can be generated in the solution by adding soluble oxides or carbonates. When choosing the anions, care must be taken to ensure that no compounds which are insoluble in the electrolyte are formed with the cations of the aforementioned metals.

Zusätzlich zu C), den Metallsalzen, werden dem Elektrolyten bzw. dem Katholyten eine oder mehrere Verbindungen B) mit mindestens einem Stickstoff- oder Phosphoratom gemäß den Formeln (III) bis (VI) in Konzentrationen von 10⁻⁵ bis 10 Gew.-%, vorzugsweise 10⁻⁴ bis 5 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtmenge D) oder D₁) zugesetzt.In addition to C), the metal salts, one or more compounds B) with at least one nitrogen or phosphorus atom according to the formulas (III) to (VI) in concentrations of 10oly to 10% by weight are added to the electrolyte or the catholyte. , preferably 10⁻⁴ to 5 wt .-%, based on the total amount D) or D₁) added.

Als Verbindungen der Formeln (III) bis (VI) eignen sich insbesondere Tetramethyl, Tetraäthyl, Tetrapropyl-, Tetrabutyl-ammonium oder -phosphonium-, Benzyl-, Octyl, Decyl, Dodecyl, Tetradecyl-, Hexadecyl, Octadecyltrimethylammonium oder -trimethylphosphonium, Dioctyl-, Didecyl-, Didodecyl, Ditetradecyl, Dihexadecyl, Dioctadecyldimethylammonium oder -dimethylphosphonium, Methyltrioctylammonium und deren Mischungen. Es können aber auch primäre, sekundäre und tertiäre Amine eingesetzt werden, aus denen im Verlauf der Elektrolyse die Oniumverbindungen gebildet werden. Die Art der Anionen der Verbindungen B) ist für das Verfahren ohne Belang, bevorzugt werden die Halogenid-, Sulfat-, Tetrafluorborat- und Hydroxid-Ionen.Particularly suitable compounds of the formulas (III) to (VI) are tetramethyl, tetraethyl, tetrapropyl-, tetrabutylammonium or -phosphonium-, benzyl-, octyl, decyl, dodecyl, tetradecyl-, hexadecyl, octadecyltrimethylammonium or -trimethylphosphonium, dio , Didecyl-, Didodecyl, Ditetradecyl, Dihexadecyl, Dioctadecyldimethylammonium or -dimethylphosphonium, Methyltrioctylammonium and mixtures thereof. However, primary, secondary and tertiary amines can also be used, from which the onium compounds are formed in the course of the electrolysis. The nature of the anions of the compounds B) is irrelevant for the process; preference is given to the halide, sulfate, tetrafluoroborate and hydroxide ions.

Zur Erhöhung der Leitfähigkeit können dem Katholyten in der geteilten Zelle oder dem Elektrolyten in der ungeteilten Zelle als Komponente E) mindestens eine anorganische und/oder organische Säure sowie deren Salze in Konzentrationen von 5 bis 60, vorzugsweise 10 bis 50 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtmenge des Elektrolyten zugesetzt werden. Als anorganische Säuren können Salz-, Bor-, Phosphor-, Schwefel- oder Tetrafluorborsäure verwendet werden, wobei jedoch den organischen Säuren der Vorzug gegeben wird. Als organische Säuren sind wasserlösliche Mono- oder Dicarbonsäuren, beispielsweise C₁-C₅-Alkancarbonsäuren, wie Ameisen-, Essig-, Propion-, Butter- oder Valeriansäure sowie halogenierte Säuren wie Chloressigsäure oder Trifluoressigsäure; Malon- oder Bernsteinsäure, Äthercarbonsäuren wie Methoxy- oder Äthoxyessigsäure sowie fluorierte Äthercarbonsäuren der Formel

Figure imgb0008

mit r= 0-2;
C₁-C₅-Alkansulfonsäure wie Methan- und Äthansulfonsäure sowie halogenierte Säuren z.B. Trifluormethansulfonsäure; aromatische Sulfonsäuren wie Benzolsulfonsäure oder Toluolsulfonsäure sowie C₁-C₅-Alkanphosphonsäure wie Methan- oder Äthanphosphonsäure geeignet.To increase the conductivity, the catholyte in the divided cell or the electrolyte in the undivided cell as component E) can have at least one inorganic and / or organic acid and salts thereof in concentrations of 5 to 60, preferably 10 to 50,% by weight to be added to the total amount of the electrolyte. Hydrochloric, boric, phosphoric, sulfuric or tetrafluoroboric acid can be used as the inorganic acids, but preference is given to the organic acids. As organic acids are water-soluble mono- or dicarboxylic acids, for example C₁-C₅ alkane carboxylic acids such as formic, acetic, propionic, butter or valeric acid and halogenated acids such as chloroacetic acid or trifluoroacetic acid; Malonic or succinic acid, ether carboxylic acids such as methoxy or ethoxy acetic acid and fluorinated ether carboxylic acids of the formula
Figure imgb0008

with r = 0-2;
C₁-C₅ alkanesulfonic acid such as methane and ethanesulfonic acid and halogenated acids, for example trifluoromethanesulfonic acid; aromatic sulfonic acids such as benzenesulfonic acid or toluenesulfonic acid and C₁-C₅-alkanephosphonic acid such as methane or ethanephosphonic acid are suitable.

Als Salze der genannten Säuren werden die Ammonium-, Natrium-, Kalium- und/oder C₁-C₄-Tetraalkylammonium-Salze verwendet.The salts of the acids mentioned are the ammonium, sodium, potassium and / or C₁-C₄-tetraalkylammonium salts.

Bevorzugt sind Ameisen-, Essig-, Chloressig- Trifluoressig-, Propion- sowie die Methoxyessigsäure und die fluorierten Äthercarbonsäuren

Figure imgb0009

mit r= 0 und 1
sowie die Methan- und Äthansulfon- und -phosphonsäure und deren Salze.Formic, vinegar, chloroacetic, trifluoroacetic, propionic, methoxyacetic and fluorinated ether carboxylic acids are preferred
Figure imgb0009

with r = 0 and 1
as well as the methane and ethanesulfonic and phosphonic acid and their salts.

Bei der Elektrolyse in ungeteilter Zelle können dem Elektrolyten Verbindungen zugesetzt werden, die bei einem negativeren Potential oxidiert werden als die freigesetzten Halogenionen, um das Entstehen des freien Halogens zu vermeiden. Geeignet sind beispielsweise Verbindungen der Formeln (III) und (IV), bei denen als Anion Z Reste der Oxalsäure, der Methoxyessigsäure, der Glyoxylsäure, der Ameisensäure und/oder der Stickstoffwasserstoffsäure stehen, z.B. die Tetramethyl- und Tetraäthylammoniumverbindungen der genannten Säuren.In the case of electrolysis in undivided cells, compounds can be added to the electrolyte which are oxidized at a more negative potential than the released halogen ions in order to avoid the formation of the free halogen. For example, compounds of the formulas (III) and (IV) are suitable in which the anion Z is radicals of oxalic acid, methoxyacetic acid, glyoxylic acid, formic acid and / or hydrochloric acid, e.g. the tetramethyl and tetraethylammonium compounds of the acids mentioned.

Im allgemeinen wird die Elektrolyse bei Atmosphärendruck durchgeführt. Da einige der geeigneten organischen Säuren bzw. deren Salze unter den beschriebenen Bedingungen, insbesondere bei tiefen Temperaturen, nicht genügend löslich sind und einige der Ausgangsprodukte sehr niedrige Siedepunkte besitzen, kann es erforderlich sein, die Elektrolyse unter erhöhtem Druck von bis zu 10 bar, vorzugsweise bis zu 7 und insbesondere bis zu 5 bar und gegebenenfalls erhöhter Temperatur durchführen. Die Stromdichte bei der Elektrolyse beträgt im allgemeinen 1 bis 600 mA/cm², bevorzugt 10 bis 500 mA/cm², insbesondere 20 bis 400 mA/cm².In general, the electrolysis is carried out at atmospheric pressure. Since some of the suitable organic acids or their salts are not sufficiently soluble under the conditions described, in particular at low temperatures, and some of the starting products have very low boiling points, it may be necessary to carry out the electrolysis under increased pressure of up to 10 bar, preferably Carry out up to 7 and in particular up to 5 bar and, if appropriate, elevated temperature. The current density in the electrolysis is generally 1 to 600 mA / cm², preferably 10 to 500 mA / cm², in particular 20 to 400 mA / cm².

Die Elektrolysetemperatur liegt im Bereich von -40°C bis zur Siedetemperatur des eingesetzten Elektrolyten bzw. Katholyten, vorzugsweise bei -30°C bis 90°C, insbesondere bei -10° bis 80°C.The electrolysis temperature is in the range from -40 ° C. to the boiling point of the electrolyte or catholyte used, preferably from -30 ° C. to 90 ° C., in particular from -10 ° to 80 ° C.

Die Elektrolyse unter erhöhtem Druck erlaubt es, die Siedetempteratur des Elektrolyten bzw. des Katholyten zu höheren Werten zu verschieben, um damit die Löslichkeit der Ausgangsverbindungen und der Säuren bzw. Salze zu verbessern.Electrolysis under increased pressure makes it possible to shift the boiling point of the electrolyte or catholyte to higher values, in order to improve the solubility of the starting compounds and of the acids or salts.

Der pH-Wert des Elektrolyten kann über den genannten pH-Bereich zwischen 0 und 14 variiert werden.The pH of the electrolyte can be varied between 0 and 14 over the pH range mentioned.

Vorteilhaft ist aber die Elektrolyse bei einem pH-Wert von kleiner als 7, da unter diesen Bedingungen die eingesetzten Metall-Ionen keine schwerlöslichen Verbindungen bilden, die die Kationenaustauscher-Membran einer geteilten Zelle zerstören können. Die Elektrolyse wird insbesondere bei einem pH-Wert zwischen 5 und 0,2 durchgeführt.However, electrolysis at a pH of less than 7 is advantageous, since under these conditions the metal ions used do not form poorly soluble compounds which can destroy the cation exchange membrane of a divided cell. The electrolysis is carried out in particular at a pH between 5 and 0.2.

Die Reaktionsprodukte verlassen die Elektrolyseanordnung im allgemeinen gasförmig bzw. unter erhöhtem Druck oder auch in kondensierter Form und werden in geeigneten Gefäßen, z.B. Kühlfallen, aufgefangen.The reaction products generally leave the electrolysis arrangement in gaseous form or under elevated pressure or also in condensed form and are in suitable vessels, e.g. Cold traps, caught.

Die Aufarbeitung des Elektrolyten bzw. Katholyten, die Isolierung nicht gasförmiger Produkte, sowie die Rückgewinnung nicht umgesetzter Halogenfluorkohlenwasserstoffe erfolgt durch Extraktion und/oder Destillation in bekannter Weise. Die zugesetzten Metallsalze und die Verbindungen der Formeln (III) bis (VI) bzw. die in Elektrolyten bzw. Katholyten enthaltenen Säuren bzw. Salze können u.a. der Elektrolyse wieder zugeführt werden, da die Ausgangsprodukte und die entstandenen Halogenwasserstoffsäuren in den meisten Fällen niedriger sieden als die organischen Säuren und so leicht abgetrennt werden können. Die Halogenwasserstoffsäuren können dem Anolyten zugeführt werden, wo sie zu Halogen oxidiert werden.The electrolyte or catholyte is worked up, the isolation of non-gaseous products and the recovery of unreacted halogen fluorocarbons is carried out by extraction and / or distillation in a known manner. The added metal salts and the compounds of the formulas (III) to (VI) or the acids or salts contained in electrolytes or catholytes can include be fed back to the electrolysis because the starting products and the hydrohalic acids formed in most cases boil lower than the organic acids and can thus be separated off easily. The hydrohalic acids can be added to the anolyte where they are oxidized to halogen.

Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhaltenen Produkte eignen sich als Ausgangsmaterial für die Herstellung von Fluor enthaltenden Polymeren.The products obtained by the process according to the invention are suitable as a starting material for the production of fluorine-containing polymers.

Für die nachfolgenden Beispiele wurden zwei Arten von Elektrolysezellen verwendet, wobei jedoch stets geteilte Zellen eingesetzt wurden.Two types of electrolytic cells were used for the following examples, but divided cells were always used.

Elektrolysezelle 1:Electrolysis cell 1:

Sogenannte Umlaufzelle mit 0,02 m² Elektrodenfläche. Als Kathode wurde Elektrodengraphit oder imprägnierter Graphit (®Diabon N der Fa. Sigri, Meitingen, Deutschland) und als Anode imprägnierter Graphit oder eine Platinplatte verwendet. Anolyt: wäßrige 15 bis 35 %ige Salzsäure, gesättigte methanolische Salzsäure oder 0,5 bis 2 n wäßrige Schwefelsäure. Der Elektrodenabstand betrug 4 mm und als Abstandshalter wurden Netze aus Polyäthylen verwendet. Die Kationenaustauscher-Membran war eine Zwei- oder Einschichten-Membran aus einem Copolymerisat aus einem Perfluorsulfonyläthoxyvinyläther und Tetrafluoräthylen (Typ ®Nafion 324 oder 423 der Fa. DuPont, Wilmington, Dela., USA).So-called circulation cell with 0.02 m² electrode area. Electrode graphite or impregnated graphite (®Diabon N from Sigri, Meitingen, Germany) was used as the cathode and graphite or a platinum plate impregnated as the anode. Anolyte: aqueous 15 to 35% hydrochloric acid, saturated methanolic hydrochloric acid or 0.5 to 2N aqueous sulfuric acid. The electrode spacing was 4 mm and nets made of polyethylene were used as spacers. The cation exchange membrane was a two- or single-layer membrane made from a copolymer of a perfluorosulfonylethoxy vinyl ether and tetrafluoroethylene (type ®Nafion 324 or 423 from DuPont, Wilmington, Dela., USA).

Elektrolysezelle 2:Electrolytic cell 2:

Unmantelte Glastopfzelle mit einem Volumen von 350 ml;
Kathode (®Diabon N der Fa. Sigri, Meitingen, Deutschland);
Anode: Platinnetz, Graphit- oder Bleiplatte (20 cm²);
Kathodenfläche: 12 cm²; Elektrodenabstand: 1,5 cm;
Anolyt: wie in Elektrolysezelle 1;
Kationenaustauschermembran: Nafion 324;
Stofftransport: durch Magnetrührer.
Uncovered glass pot cell with a volume of 350 ml;
Cathode (®Diabon N from Sigri, Meitingen, Germany);
Anode: platinum mesh, graphite or lead plate (20 cm²);
Cathode area: 12 cm²; Electrode distance: 1.5 cm;
Anolyte: as in electrolytic cell 1;
Cation exchange membrane: Nafion 324;
Mass transfer: by magnetic stirrer.

BeispieleExamples

  • 1) Elektrolysezelle: 1
    Ausgangskatholyt: 3 l Methanol, 200 ml verd. Salzsäure, 5 g [CH₃(C₈H₁₇)₃N]Clϑ, 2 g Pb(OCOCH₃)₂·2H₂O und 710 g CF₂Cl-CFCl₂.
    Im Verlauf der kontinuierlich betriebenen Elektrolyse wurden dem Katholyten portionsweise 2,2 kg CF₂Cl-CFCl₂ und 4 g Bleiacetat zugesetzt. Das entstehende CF₂=CFCl verließ den Elektroyseraum im gasförmigen Zustand und wurde in Kühlfallen bei -78°C kondensiert.
    Temperatur: 38 bis 25°C, Spannung: 9,5 bis 7 V,
    Stromdichte: 250 mA/cm², Durchfluß: 1400 l/h.
    Nach einem Ladungsverbrauch von 331 Ah wurde die Elektrolyse unterbrochen und der Katholyt destillativ aufgearbeitet. 1150 g CF₂Cl-CFCl₂ wurden zurückgewonnen. Das kondensierte Gas wurde einer Kältedestillation unterworfen. Ausbeute 636 g CF₂=CFCl (97,6 %). Die Stromausbeute betrug 88,4 %.
    1) Electrolytic cell: 1
    Starting catholyte: 3 l methanol, 200 ml dilute hydrochloric acid, 5 g [CH₃ (C₈H₁₇) ₃N] Cl ϑ , 2 g Pb (OCOCH₃) ₂ · 2H₂O and 710 g CF₂Cl-CFCl₂.
    In the course of the continuously operated electrolysis, 2.2 kg of CF₂Cl-CFCl₂ and 4 g of lead acetate were added to the catholyte in portions. The resulting CF₂ = CFCl left the electroysis room in the gaseous state and was condensed in cold traps at -78 ° C.
    Temperature: 38 to 25 ° C, voltage: 9.5 to 7 V,
    Current density: 250 mA / cm², flow: 1400 l / h.
    After a charge consumption of 331 Ah, the electrolysis was interrupted and the catholyte was worked up by distillation. 1150 g of CF₂Cl-CFCl₂ were recovered. The condensed gas was subjected to cold distillation. Yield 636 g CF₂ = CFCl (97.6%). The current yield was 88.4%.
  • 2) Electrolysezelle: 1
    Ausgangskatholyt: 2 l Äthanol, 200 ml konzentrierte Salzsäure, 2 g Pb(OCOCH₃)₂·2H₂O, 2 g [(C₄H₉)₄P]Brϑ, 600 g CF₂Cl-CFCl₂.
    Temperatur: 28 bis 23°C, Spannung: 12 bis 9,5 V,
    Stromdichte: 200 mA/cm², Durchfluß 1000 l/h.
    Nach einem Ladungsverbrauch von 132 Ah wurden nach destillativer Reinigung 179 g CF₂=CFCl (99 %) erhalten.
    Die Stromausbeute betrug 67 %.
    2) Electrolysis cell: 1
    Starting catholyte: 2 l of ethanol, 200 ml of concentrated hydrochloric acid, 2 g of Pb (OCOCH₃) ₂ · 2H₂O, 2 g of [(C₄H₉) ₄P] Br ϑ , 600 g of CF₂Cl-CFCl₂.
    Temperature: 28 to 23 ° C, voltage: 12 to 9.5 V,
    Current density: 200 mA / cm², flow 1000 l / h.
    After a charge consumption of 132 Ah, 179 g of CF₂ = CFCl (99%) were obtained after purification by distillation.
    The current yield was 67%.
  • 3) Elektrolysezelle 2, Ausgangskatholyt: 150 ml Dimethylformamid, 10 ml konzentrierte Salzsäure, 0,5 g Bi(NO₃)₃, 0,5 g [CH₃(C₈H₁₇)₃N]Clϑ, 70 g CF₂Br-CFClBr
    Temperatur: 40 bis 28°C, Spannung: zu Beginn 47 V, dann absinkend auf 16 V, Stromdichte: 250 mA/cm².
    Nach einem Ladungsverbrauch von 9 Ah wurden 17,1 g CF₂=CFCl (99,3 %) nach destillativer Reinigung erhalten. 29,6 g CF₂Br-CFBrCl wurden wiedergewonnen. Die Stromausbeute lag bei 85,3 %.
    3) Electrolytic cell 2, starting catholyte: 150 ml dimethylformamide, 10 ml concentrated hydrochloric acid, 0.5 g Bi (NO₃) ₃, 0.5 g [CH₃ (C₈H₁₇) ₃N] Cl ϑ , 70 g CF₂Br-CFClBr
    Temperature: 40 to 28 ° C, voltage: initially 47 V, then decreasing to 16 V, current density: 250 mA / cm².
    After a charge consumption of 9 Ah, 17.1 g of CF₂ = CFCl (99.3%) were obtained after purification by distillation. 29.6 g of CF₂Br-CFBrCl were recovered. The current yield was 85.3%.
  • 4) Elektrolysezelle 2, mit der Änderung, daß Anoden- und Kathodenraum durch eine Anionenaustauscher-Membran vom Typ ®Neosepta AV-4T, der Fa. Tokuyama-Soda, Tokuyama-City, Japan, voneinander abgetrennt werden.
    Ausgangskatholyt: 200 ml Methanol, 20 ml konzentrierte Salzsäure, 1 g. Cr₂(SO₄)₃, 2 g [(C₁₆H₃₃)₂N(CH₃)₂]Clϑ, 70 g CF₂Br-CFClBr.
    Temperatur: 20 bis 22°C, Spannung: 10 bis 11 V,
    Stromdichte: 167 mA/cm².
    Nach einem Ladungsverbrauch von 8 Ah wurden bei einem Umsatz von 35,6 g CF₂Br-CFBrCl nach der Destillation 15 g (99,3 %) CF₂=CFCl erhalten.
    4) Electrolysis cell 2, with the change that the anode and cathode compartments are separated from one another by an anion exchanger membrane of the type ®Neosepta AV-4T, from Tokuyama-Soda, Tokuyama-City, Japan.
    Starting catholyte: 200 ml of methanol, 20 ml of concentrated hydrochloric acid, 1 g. Cr₂ (SO₄) ₃, 2 g [(C₁₆H₃₃) ₂N (CH₃) ₂] Cl ϑ , 70 g CF₂Br-CFClBr.
    Temperature: 20 to 22 ° C, voltage: 10 to 11 V,
    Current density: 167 mA / cm².
    After a charge consumption of 8 Ah with a conversion of 35.6 g CF₂Br-CFBrCl after the distillation 15 g (99.3%) CF₂ = CFCl were obtained.
  • 5) Elektrolysezelle 2, mit der Änderung, daß eine Kationenaustauscher-Membran aus nicht fluorierten Polymeren vom Typ ®Selemion LMV/CHR der Fa. Asahi Glass, Tokyo, Japan verwendet wurde.
    Ausgangskatholyt: 150 ml Methanol, 10 ml HBF₄ (50 % in Wasser), 0,5 g AgNO₃, 1 g [(C₁₆H₃₃)N(CH₃)₃]Brϑ, 70 g CF₂Br-CFClBr.
    Temperatur: 20 bis 25°C, Spannung: 10 bis 12 V,
    Stromdichte: 167 mA/cm².
    Nach einem Ladungsverbrauch von 8 Ah und einem Umsatz von 35,5 g CF₂Br-CFClBr wurden nach der Destillation 14,1 g (92,8 %) CF₂=CFCl erhalten.
    5) Electrolysis cell 2, with the change that a cation exchange membrane made of non-fluorinated polymers of the type ®Selemion LMV / CHR from Asahi Glass, Tokyo, Japan was used.
    Starting catholyte: 150 ml methanol, 10 ml HBF₄ (50% in water), 0.5 g AgNO₃, 1 g [(C₁ (H₃₃) N (CH₃) ₃] Br ϑ , 70 g CF₂Br-CFClBr.
    Temperature: 20 to 25 ° C, voltage: 10 to 12 V,
    Current density: 167 mA / cm².
    After a charge consumption of 8 Ah and a conversion of 35.5 g CF₂Br-CFClBr 14.1 g (92.8%) CF₂ = CFCl were obtained after the distillation.
  • 6) Elektrolysezelle 2:
    Ausgangskatholyt: 150 ml Dioxan, 50 ml N,N-Dimethylformamid, 15 ml HBF₄ (50 % in Wasser), 1 g [(C₄H₉)₄N]HSO₄ϑ, 0,5 g TlCl, 70 g CF₂Br-CFBrCl.
    Temperatur: 35 bis 30°C, Spannung: 40 bis 20 V,
    Stromdichte: 250 mA/cm².
    Nach einem Ladungsverbrauch von 11,5 Ah und einem Umsatz von 35 g CF₂Br-CFClBr wurden nach destillativer Reinigung 14 g (94,2 %) CF₂=CFCl erhalten.
    6) Electrolytic cell 2:
    Starting catholyte: 150 ml dioxane, 50 ml N, N-dimethylformamide, 15 ml HBF₄ (50% in water), 1 g [(C₄H₉) ₄N] HSO₄ ϑ , 0.5 g TlCl, 70 g CF₂Br-CFBrCl.
    Temperature: 35 to 30 ° C, voltage: 40 to 20 V,
    Current density: 250 mA / cm².
    After a charge consumption of 11.5 Ah and a conversion of 35 g CF₂Br-CFClBr 14 g (94.2%) CF₂ = CFCl were obtained after purification by distillation.
  • 7) Elektrolysezelle 1, mit der Änderung, daß die Anode aus glasartigem Kohlenstoff (®Sigradur K, der Fa. Sigri, Meitingen, Deutschland) bestand. Als Anolytflüssigkeit diente eine 25 %ige Lösung von HBF₄ in Wasser.
    Ausgangskatholyt: 3 l Methanol, 200 ml verd. Salzsäure, 2 g Pb(OCOCH₃)₂·2H₂O, 3 g [CH₃(C₈H₁₇)₃N]Clϑ, 1000 g CF₂Br-CHFCl.
    Während der Elektrolyse wurden noch 835 g CF₂Br-CHFCl zum Katholyten gegeben. Das Elektrolyseprodukt wurde kontinuierlich in Kühlfallen bei -78°C aufgefangen.
    Temperatur: 36 bis 49°C, Spannung : 9,5 bis 8 V,
    Stromdichte: 250 mA/cm², Durchfluß: 1500 l/h
    Nach einem Ladungsverbrauch von 476 Ah wurde die Elektrolyse unterbrochen und der Katholyt destillativ aufgearbeitet. 194 g CF₂Br-CFHCl wurden zurückgewonnen. Man erhielt 680 g CF₂=CFH (Ausbeute: 99 %). Die Stromausbeute betrug 93,9 %.
    7) Electrolysis cell 1, with the change that the anode consisted of glass-like carbon (®Sigradur K, from Sigri, Meitingen, Germany). A 25% solution of HBF₄ in water served as the anolyte liquid.
    Starting catholyte: 3 l methanol, 200 ml dil. Hydrochloric acid, 2 g Pb (OCOCH₃) ₂ · 2H₂O, 3 g [CH₃ (C₈H₁₇) ₃N] Cl ϑ , 1000 g CF₂Br-CHFCl.
    During the electrolysis, 835 g of CF₂Br-CHFCl were added to the catholyte. The electrolysis product was continuously collected in cold traps at -78 ° C.
    Temperature: 36 to 49 ° C, voltage: 9.5 to 8 V,
    Current density: 250 mA / cm², flow: 1500 l / h
    After a charge consumption of 476 Ah, the electrolysis was interrupted and the catholyte was worked up by distillation. 194 g of CF₂Br-CFHCl were recovered. 680 g of CF₂ = CFH were obtained (yield: 99%). The current yield was 93.9%.
  • 8) Elektrolysezelle 1:
    Ausgangskatholyt: 2,5 l Äthanol, 200 ml konzentrierte Salzsäure, 500 g CF₂Cl-CCl₃, 1 g Pb(OCOCH₃)₂·2H₂O, 2 g [(C₄H₉)₄N]Brϑ.
    Temperatur: 28 bis 46°C, Spannung: 13 bis 7,5 V,
    Stromdichte: 200 mA/cm², Durchfluß: 500 l/h
    Während der Elektrolyse wurde das Produkt bei einem Unterdruck von 400 mbar kontinuierlich aus dem Katholyten abdestilliert.
    Nach einem Ladungsverbrauch von 300 Ah wurden 263 g (86,9 %) CF₂=CCl₂ erhalten und aus dem Katholyten 35 g CF₂Cl-CCl₃ zurückgewonnen.
    8) Electrolysis cell 1:
    Starting catholyte: 2.5 l ethanol, 200 ml concentrated hydrochloric acid, 500 g CF₂Cl-CCl₃, 1 g Pb (OCOCH₃) ₂ · 2H₂O, 2 g [(C₄H₉) ₄N] Br ϑ .
    Temperature: 28 to 46 ° C, voltage: 13 to 7.5 V,
    Current density: 200 mA / cm², flow: 500 l / h
    During the electrolysis, the product was continuously distilled out of the catholyte at a negative pressure of 400 mbar.
    After a charge consumption of 300 Ah, 263 g (86.9%) CF₂ = CCl₂ were obtained and 35 g CF₂Cl-CCl₃ were recovered from the catholyte.
  • 9) Elektrolysezelle 2:
    Ausgangselektrolyt: 180 ml Methanol, 5 g [(CH₃)₄P]BF₄ϑ,
    20 g CF₃-CFBr-CF₂Br, 0,7 g CuSO₄.
    Temperatur: 30 bis 48°C, Spannung: 28 bis 10 V,
    Stromdichte: 166 mA/cm².
    Nach einem Ladungsverbrauch von 2,87 Ah wurden 5,8 g (72,5 %) CF₃=CF-CF₂ erhalten.
    9) Electrolysis cell 2:
    Starting electrolyte: 180 ml methanol, 5 g [(CH₃) ₄P] BF₄ ϑ ,
    20 g CF₃-CFBr-CF₂Br, 0.7 g CuSO₄.
    Temperature: 30 to 48 ° C, voltage: 28 to 10 V,
    Current density: 166 mA / cm².
    After a charge consumption of 2.87 Ah, 5.8 g (72.5%) CF₃ = CF-CF₂ were obtained.
  • 10) Elektrolysezelle 2:
    28,7 g CCl₃-CFCl-CFCl₂, 200 ml Methanol, 0,5 g
    Pb(OCOCH₃)₂·2H₂O, 4 g [(CH₃)₄N]Clϑ.
    Stromdichte: 170 mA/cm², Spannung: 60 V zu Beginn, dann absinkend auf 9 V, Temperatur: 30°C.
    Nach einem Ladungsverbrauch von 22,2 Ah wurde der Katholyt mit 500 ml Wasser versetzt und mit Pentan extrahiert. Nach Destillation des Pentans erhielt man:
    5,97 g CCl₃CFCl-CCl₃
    15,41 g (89,9 %) CCl₂=CF-CFCl₂
    0,09 g ClFC=CF-CCl₃
    0,07 g HFC=CF-CCl₃
    0,09 g CHCl₂-CFCl-CFCl₂
    10) Electrolytic cell 2:
    28.7 g CCl₃-CFCl-CFCl₂, 200 ml methanol, 0.5 g
    Pb (OCOCH₃) ₂ · 2H₂O, 4 g [(CH₃) ₄N] Cl ϑ .
    Current density: 170 mA / cm², voltage: 60 V at the beginning, then falling to 9 V, temperature: 30 ° C.
    After a charge consumption of 22.2 Ah, the catholyte was mixed with 500 ml of water and extracted with pentane. After distillation of the pentane, the following were obtained:
    5.97 g CCl₃CFCl-CCl₃
    15.41 g (89.9%) CCl₂ = CF-CFCl₂
    0.09 g ClFC = CF-CCl₃
    0.07 g HFC = CF-CCl₃
    0.09 g CHCl₂-CFCl-CFCl₂
  • 11) Elektrolysezelle 2:
    Ausgangskatholyt: 20 g CF₂Br-CFBr-CH₂-CH₃, 100 ml Methanol,
    2 g [(CH₃)₄N]Clϑ, 0,5 g [(C₄H₉)₄N]HSO₄ϑ, 0,2 g Pb(OCOCH₃)₂·2H₂O.
    Ladungsverbrauch: 4,93 Ah, Temperatur: 40 bis 24°C,
    Stromdichte: 164 bis 41 mA/cm², Spannung: 13 bis 4,5 V
    Aufarbeitung wie im Beispiel 10.
    Elektrolyseergebnis:
    0,8 g CF₂Cl-CFBr-CH₂-CH₃
    8,3 g (79,6 %) CF₂=CF-CH₂-CH₃
    11) Electrolytic cell 2:
    Starting catholyte: 20 g CF₂Br-CFBr-CH₂-CH₃, 100 ml methanol,
    2 g [(CH₃) ₄N] Cl ϑ , 0.5 g [(C₄H₉) ₄N] HSO₄ ϑ , 0.2 g Pb (OCOCH₃) ₂ · 2H₂O.
    Charge consumption: 4.93 Ah, temperature: 40 to 24 ° C,
    Current density: 164 to 41 mA / cm², voltage: 13 to 4.5 V
    Refurbishment as in example 10.
    Electrolysis result:
    0.8 g CF₂Cl-CFBr-CH₂-CH₃
    8.3 g (79.6%) CF₂ = CF-CH₂-CH₃
  • 12) Elektrolysezelle 2:
    Ausgangskatholyt: 10 g CF₂Br-CFCl-CH₂-CH₂-Br, 100 ml Methanol, 2 g [(CH₃)₄N]Clϑ, 0,5 g [C₄H₉]₄N]Brϑ, 0,2 g Pb(OCOCH₃)₂·2H₂O.
    Ladungsverbrauch: 2,1 Ah, Temperatur: 12 bis 10°C,
    Stromdichte: 41 mA/cm², Spannung: 9 bis 7,2 V.
    Aufarbeitung wie im Beispiel 10.
    Elektrolyseergebnis:
    0,1 g CF₂Br-CFCl-CH₂-CH₂Br
    2,73 g (67,7 %) CF₂=CF-CH₂-CH₂-Br
    12) Electrolytic cell 2:
    Starting catholyte: 10 g CF₂Br-CFCl-CH₂-CH₂-Br, 100 ml methanol, 2 g [(CH₃) ₄N] Cl ϑ , 0.5 g [C₄H₉] ₄N] Br ϑ , 0.2 g Pb (OCOCH₃ ) ₂ · 2H₂O.
    Charge consumption: 2.1 Ah, temperature: 12 to 10 ° C,
    Current density: 41 mA / cm², voltage: 9 to 7.2 V.
    Refurbishment as in example 10.
    Electrolysis result:
    0.1 g CF₂Br-CFCl-CH₂-CH₂Br
    2.73 g (67.7%) CF₂ = CF-CH₂-CH₂-Br
  • 13) Elektrolysezelle 2:
    Ausgangskatholyt: 10 g CF₂Br-CFCl-(CH₂)₃-CH₂-Br, 100 ml Methanol, 2 g [(CH₃)₄N]Clϑ, 0,5 g [C₄H₉]₄N]HSO₄ϑ, 0,2 g Pb(OCOCH₃)₂·2H₂O.
    Ladungsverbrauch: 1,66 Ah, Temperatur: 17 bis 15°C,
    Stromdichte: 82 bis 41 mA/cm², Spannung: 13 bis 7 V.
    Aufarbeitung wie im Beispiel 10.
    Elektrolyseergebnis:
    0,49 g CF₂Br-CFCl-(CH₂)₃-CH₂Br
    4,9 g (75 %) CF₂=CF-(CH₂)₃-CH₂Br
    13) Electrolytic cell 2:
    Starting catholyte: 10 g CF₂Br-CFCl- (CH₂) ₃-CH₂-Br, 100 ml methanol, 2 g [(CH₃) ₄N] Cl ϑ , 0.5 g [C₄H₉] ₄N] HSO₄ ϑ , 0.2 g Pb (OCOCH₃) ₂ · 2H₂O.
    Charge consumption: 1.66 Ah, temperature: 17 to 15 ° C,
    Current density: 82 to 41 mA / cm², voltage: 13 to 7 V.
    Refurbishment as in example 10.
    Electrolysis result:
    0.49 g CF₂Br-CFCl- (CH₂) ₃-CH₂Br
    4.9 g (75%) CF₂ = CF- (CH₂) ₃-CH₂Br
  • 14) Elektrolysezelle 2:
    Ausgangselektrolyt: 200 ml Isopropanol, 100 ml N,N-Dimethylformamid, 80 ml Wasser, 8 g [(CH₃)₄N]OSO₂-OCH₃ϑ, 1,6 g Pb(OCOCH₃)₂·2H₂O, 20 g CF₂Cl-CFCl-CF₂Cl.
    Temperatur: 46 bis 35°C, Stromdichte: 166 bis 83 mA/cm²,
    Spannung: 20 bis 6 V, Ladungsverbrauch: 4,32 Ah.
    Während der Elektrolyse wurden 6,9 g Kondensat in einer Kühlfalle aufgefangen. Noch im Katholyten gelöstes Produkt wurde unter vermindertem Druck (40°C, 400 mbar) gewonnen. Man erhielt insgesamt 7,8 g (87,1 %) CF₂Cl-CF=CF₂ mit einem Siedepunkt von 7,5°C.
    14) Electrolytic cell 2:
    Starting electrolyte: 200 ml isopropanol, 100 ml N, N-dimethylformamide, 80 ml water, 8 g [(CH₃) ₄N] OSO₂-OCH₃ ϑ , 1.6 g Pb (OCOCH₃) ₂ · 2H₂O, 20 g CF₂Cl-CFCl- CF₂Cl.
    Temperature: 46 to 35 ° C, current density: 166 to 83 mA / cm²,
    Voltage: 20 to 6 V, charge consumption: 4.32 Ah.
    During the electrolysis, 6.9 g of condensate were collected in a cold trap. Product still dissolved in the catholyte was obtained under reduced pressure (40 ° C., 400 mbar). A total of 7.8 g (87.1%) CF₂Cl-CF = CF₂ with a boiling point of 7.5 ° C was obtained.
  • 15) Elektrolysezelle 1:
    Ausgangskatholyt: 1000 ccm Essigsäure (100%), 500 g Natriumacetat, 3000 ccm Wasser, 1000 g CF₂ClCFCl₂, 2 g Pb(OCOCH₃)₂·2H₂O, 2 g [CH₃(C₈H₁₅)₃N]Clϑ.
    Temperatur: 35-45°C, Stromdichte: 200 mA/cm², Spannung: 10-9 V,
    Durchfluß: 400 l/h, pH-Wert: 4.2,
    Das entstehende CF₂=CFCl verließ den Kathodenraum gasförmig und wurde in Kühlfallen bei -78°C kondensiert.
    Nach einem Ladungsverbrauch von 195 Ah und einer Wasserstoffentwicklung von 6.6 Litern wurde die Elektrolyse abgebrochen und 351 g nicht umgesetztes Ausgangsprodukt aus dem Katholyten destillativ zurückgewonnen.
    Das kondensierte Gas wurde einer Kältedestillation unterworfen, wobei 372 g (95.1 %) CF₂=CFCl erhalten wurde.
    Die Stromausbeute betrug 87.8 %.
    15) Electrolytic cell 1:
    Starting catholyte: 1000 cc acetic acid (100%), 500 g sodium acetate, 3000 ccm water, 1000 g CF₂ClCFCl₂, 2 g Pb (OCOCH₃) ₂ · 2H₂O, 2 g [CH₃ (C₈H₁₅) ₃N] Cl ϑ .
    Temperature: 35-45 ° C, current density: 200 mA / cm², voltage: 10-9 V,
    Flow: 400 l / h, pH: 4.2,
    The resulting CF₂ = CFCl left the cathode space in gaseous form and was condensed in cold traps at -78 ° C.
    After a charge consumption of 195 Ah and a hydrogen evolution of 6.6 liters, the electrolysis was stopped and 351 g of unreacted starting product were recovered from the catholyte by distillation.
    The condensed gas was subjected to cold distillation, whereby 372 g (95.1%) CF₂ = CFCl was obtained.
    The current yield was 87.8%.
  • 16) Elektrolysezelle 1:
    Ausgangskatholyt: 2000 ccm Essigsäure (100%), 2000 ccm Wasser, 500 ccm HCl konz., 1550 g CF₂Cl-CF₂Cl/CF₃-CFCl₂ (Mischungsverhältnis 82/18), 2 g Pb(OCOCH₃)₂ · 2 H₂O 2 g [CH₃(C₈H₁₅)₃N]Clϑ.
    Temperatur: 0-5°C, Stromdichte: 200 mA/cm², Spannung: 11-9 V, Durchfluß: 400 l/h.
    Das Produkt verließ den Katholyten im gasförmigen Zustand. Mitgerissenes Ausgangsprodukt und gebildetes Nebenprodukt wurden in zwei hintereinandergeschalteten Kühlfallen bei -78°C kondensiert. Das Produkt ließ sich in einer Kühlfalle bei -196°C auffangen.
    Nach einem Ladungsverbrauch von 262 Ah und einer Wasserstoffentwicklung von 40.3 Litern wurde die Elektrolyse abgebrochen und der Katholyt destillativ aufgearbeitet. Der Inhalt der Kühlfallen wurde einer Kältedestillation unterworfen. Insgesamt wurden erhalten: 192,7 g CF₂=CF₂ (Ausbeute: 80,2 %, bezogen auf umgesetztes CF₂Cl-CF₂Cl), 956 g Ausgangsprodukt und 100 g CF₃-CHClF.
    16) Electrolysis cell 1:
    Starting catholyte: 2000 cc acetic acid (100%), 2000 ccm water, 500 ccm HCl conc., 1550 g CF₂Cl-CF₂Cl / CF₃-CFCl₂ (mixing ratio 82/18), 2 g Pb (OCOCH₃) ₂ · 2 H₂O 2 g [CH₃ (C₈H₁₅) ₃N] Cl ϑ .
    Temperature: 0-5 ° C, current density: 200 mA / cm², voltage: 11-9 V, flow: 400 l / h.
    The product left the catholyte in the gaseous state. The entrained starting product and by-product formed were condensed in two series-connected cold traps at -78 ° C. The product was caught in a cold trap at -196 ° C.
    After a charge consumption of 262 Ah and a hydrogen evolution of 40.3 liters, the electrolysis was stopped and the catholyte was worked up by distillation. The contents of the cold traps were subjected to cold distillation. A total of 192.7 g of CF₂ = CF₂ (yield: 80.2%, based on the converted CF₂Cl-CF₂Cl), 956 g of starting product and 100 g of CF₃-CHClF were obtained.
  • 17) Elektrolysezelle 1
    Ausgangskatholyt: 500 g
    Figure imgb0010
    1000 g Wasser, 600 g CF₂ClCFCl₂, 2 g Pb(OCOCH₃)₂·2H₂O, 5 g [(C₄H₉)₄ P]Cl, 1 g [CH₃(C₈H₁₅)₃N]Clϑ
    Temperatur: 25 -45°C, Stromdichte: 200 mA/cm², Spannung: 14 - 12 V, Durchfluß: 400 l/h, pH-Wert: 1,4-0,6
    Das entstehende CF₂=CFCl verließ den Kathodenraum gasförmig und wurde in Kühlfallen bei -78°C kondensiert.
    Nach einem Ladungsverbrauch von 102 Ah und einer Wasserstoffentwicklung von 82,1 Litern wurde die Elektrolyse abgebrochen und 420 g nicht umgesetztes Ausgangsprodukt aus dem Katholyten destillativ zurückgewonnen.
    Die Menge des kondensierten Gases betrug 97 g (Ausbeute 87,8 %). Die Stromausbeute war 43,2 %.
    17) Electrolytic cell 1
    Starting catholyte: 500 g
    Figure imgb0010
    1000 g water, 600 g CF₂ClCFCl₂, 2 g Pb (OCOCH₃) ₂ · 2H₂O, 5 g [(C₄H₉) ₄ P] Cl , 1 g [CH₃ (C₈H₁₅) ₃N] Cl ϑ
    Temperature: 25 - 45 ° C, current density: 200 mA / cm², voltage: 14 - 12 V, flow: 400 l / h, pH: 1.4-0.6
    The resulting CF₂ = CFCl left the cathode space in gaseous form and was condensed in cold traps at -78 ° C.
    After a charge consumption of 102 Ah and a hydrogen evolution of 82.1 liters, the electrolysis was stopped and 420 g of unreacted starting product were recovered from the catholyte by distillation.
    The amount of the condensed gas was 97 g (yield 87.8%). The current efficiency was 43.2%.
  • 18) Elektrolysezelle 1
    Ausgangskatholyt: 350 g Methansulfonsäure (70 % in Wasser), 300 g 20 % KOH-Lösung, 1000 ml Wasser, 300 g CF₂ClCFCl₂, 2 g Pb (OCOCH₃)₂·H₂O, 1 g [(C₄H₉)₄P]Cl Temperatur: 30-45°C, Spannung: 12-9 V, Stromdichte: 150 mA/cm², Durchfluß: 400 l/h, pH-Wert: 0,8-0,2.
    Das entstehende CF₂=CFCl verließ den Kathodenraum gasförmig und wurde in Kühlfallen bei -78°C kondensiert. Im Verlauf der Elektrolyse wurden zum Katholyt 110 g/h, d.h. insgesamt 600 g CF₂Cl-CFCl₂ nachdosiert. Nach einem Ladungsverbrauch von 162 Ah und einer Wasserstoffentwicklung von 5,1 Litern wurde die Elektrolyse abgebrochen und 674 g nicht umgesetztes Ausgangsprodukt aus dem Katholyten destillativ zurückgewonnen.
    Das kondensierte Gas wurde einer Kältedestillation unterworfen. Ausbeute 285 g CF₂=CFCl (81,8 %). Die Stromausbeute betrug 76,14 %.
    18) Electrolysis cell 1
    Starting catholyte: 350 g methanesulfonic acid (70% in water), 300 g 20% KOH solution, 1000 ml water, 300 g CF₂ClCFCl₂, 2 g Pb (OCOCH₃) ₂ · H₂O, 1 g [(C₄H₉) ₄P] Cl temperature : 30-45 ° C, voltage: 12-9 V, current density: 150 mA / cm², flow: 400 l / h, pH: 0.8-0.2.
    The resulting CF₂ = CFCl left the cathode space in gaseous form and was condensed in cold traps at -78 ° C. In the course the electrolysis were replenished to the catholyte 110 g / h, ie a total of 600 g CF₂Cl-CFCl₂. After a charge consumption of 162 Ah and hydrogen evolution of 5.1 liters, the electrolysis was stopped and 674 g of unreacted starting product were recovered from the catholyte by distillation.
    The condensed gas was subjected to cold distillation. Yield 285 g CF₂ = CFCl (81.8%). The current yield was 76.14%.
  • 19) Elektrolysezelle 1:
    Ausgangskatholyt: 1000 g Chloressigsäure, 500 g Natriumchloracetat, 2000 ml Wasser, 200 g CF₂ClCFCl₂, 2 g Pb (OCOCH₃)₂·2H₂O, 5 g [ (C₄H₉)₄N]Cl Temperatur: 25-45°C, Spannung: 8-6,3 V, Stromdichte: 200 mA/cm², Durchfluß: 3100 l/h, pH-Wert: 4,45-0,5
    Das entstehende CF₂=CFCl verließ den Kathodenraum gasförmig und wurde in Kühlfallen bei -78°C kondensiert.
    Während der Elektrolyse wurden 200 g/h d.h. insgesamt 2000 g CF₂Cl-CFCl₂ zum Katholyten gegeben. Nach einem Ladungsverbrauch von 402 Ah und einer Wasserstoffentwicklung von 19,3 Litern wurde die Elektrolyse abgebrochen und 903 g nicht umgesetztes Ausgangsprodukt aus dem Katholyten destillativ zurückgewonnen.
    Das kondensierte Gas wurde einer Kältedestillation unterworfen. Ausbeute 668 g CF₂=CFCl (81,7 %). Die Stromausbeute betrug 72,7 %.
    19) Electrolysis cell 1:
    Starting catholyte: 1000 g chloroacetic acid, 500 g sodium chloroacetate, 2000 ml water, 200 g CF₂ClCFCl₂, 2 g Pb (OCOCH₃) ₂ · 2H₂O, 5 g [(C₄H₉) ₄N] Cl temperature: 25-45 ° C, voltage: 8 -6.3 V, current density: 200 mA / cm², flow rate: 3100 l / h, pH value: 4.45-0.5
    The resulting CF₂ = CFCl left the cathode space in gaseous form and was condensed in cold traps at -78 ° C.
    During the electrolysis 200 g / h, ie a total of 2000 g CF₂Cl-CFCl₂ were added to the catholyte. After a charge consumption of 402 Ah and a hydrogen evolution of 19.3 liters, the electrolysis was stopped and 903 g of unreacted starting product were recovered from the catholyte by distillation.
    The condensed gas was subjected to cold distillation. Yield 668 g CF₂ = CFCl (81.7%). The current yield was 72.7%.
Vergleich 1)Comparison 1)

In der Elektrolysezelle 1 wurde ein Ausgangskatholyt aus 2,5 kg Wasser, 100 g konzentrierter Salzsäure, 808 g CF₂Cl-CFCl₂ und 1 g des kationenaktiven Emulgators (R)Dodigen 1490 (Hoechst AG, Frankfurt a.M., Bundesrepublik Deutschland) elektrolysiert.
Temperatur: 30 bis 34°C, Spannung: 5,5 bis 8 V,
Stromdichte: 150 mA/cm², Durchfluß 750 bis 1300 l/h.
In the electrolytic cell 1, a starting catholyte from 2.5 kg of water, 100 g of concentrated hydrochloric acid, 808 g of CF₂Cl-CFCl₂ and 1 g of the cationic emulsifier (R) Dodigen 1490 (Hoechst AG, Frankfurt aM, Federal Republic of Germany) was electrolyzed.
Temperature: 30 to 34 ° C, voltage: 5.5 to 8 V,
Current density: 150 mA / cm², flow 750 to 1300 l / h.

An einer Anode aus Elektrodengraphit wurde konzentrierte Salzsäure in Wasser zu Chlor oxidiert. Anoden- und Kathodenraum waren getrennt durch eine Kationenaustauscher-Membran vom Typ Nafion 324.Concentrated hydrochloric acid in water was oxidized to chlorine on an anode made of electrode graphite. Anode and cathode compartments were separated by a Nafion 324 cation exchange membrane.

Zu Beginn der Elektrolyse lag die Spannung bei 5,5 V. Nach eine Ladungsverbrauch von 45 Ah war die Spannung auf 7,1 V gestiegen und stieg weiter um ca. 0,1 V pro Minute. 74 % der Ladung wurden für die Entwicklung von Wasserstoff aus Protonen verbraucht.At the beginning of the electrolysis, the voltage was 5.5 V. After a charge consumption of 45 Ah, the voltage had risen to 7.1 V and continued to increase by approximately 0.1 V per minute. 74% of the charge was used to develop hydrogen from protons.

Nach Abbruch der Elektrolyse wurde festgestellt, daß die Kationenaustauscher-Membran sehr stark geschädigt war.After the electrolysis was stopped, it was found that the cation exchange membrane was very badly damaged.

Vergleich 2)Comparison 2)

Elektrolysezelle 1
Ausgangskatholyt: 2000 ml Methanol, 100 ml konzentrierte Salzsäure, 500 g CF₂Cl-CFCl₂
Electrolytic cell 1
Starting catholyte: 2000 ml of methanol, 100 ml of concentrated hydrochloric acid, 500 g of CF₂Cl-CFCl₂

Temperatur: 31 bis 34°C, Stromdichte: 200 mA/cm²,
Spannung: 8 bis 7,5 V, Durchfluß 500 l/h.
Temperature: 31 to 34 ° C, current density: 200 mA / cm²,
Voltage: 8 to 7.5 V, flow rate 500 l / h.

Der Anteil der Ladung, der für die Entladung von Protonen zu Wasserstoff verbraucht wurde, stieg von 28 % innerhalb einer Stunde auf 65 %. Nach Zugabe von 1 g Pb(OCOCH₃)₂·2H₂O zum Katholyten verminderte sich die Wasserstoffentwicklung auf einen Anteil von 37 %, der innerhalb von 15 Minuten auf 47 % anstieg. Nach Zugabe von 2 g [(C₄H₉)₄N]Br⁻ wurden nur noch 14 % der Ladung für die Entwicklung von Wasserstoff verbraucht.The amount of charge used to discharge protons to hydrogen increased from 28% to 65% in one hour. After adding 1 g of Pb (OCOCH₃) ₂ · 2H₂O to the catholyte, the evolution of hydrogen decreased to a proportion of 37%, which rose to 47% within 15 minutes. After adding 2 g [(C₄H₉) ₄N] Br⁻ only 14% of the charge was used for the development of hydrogen.

Nach einem Ladungsverbrauch von 216 Ah wurden 238 g (92 %) CF₂=CFCl erhalten.After a charge consumption of 216 Ah, 238 g (92%) CF₂ = CFCl were obtained.

Aus dem Vergleich 2 ist ersichtlich, daß erst die Verwendung von Kohlenstoffkathoden unter Einsatz einer Kombination von Metallsalzen und Verbindungen der Formeln (III) bis (VI) eine wirtschaftliche Durchführung der Elektrolyse ermöglicht.It can be seen from comparison 2 that only the use of carbon cathodes using a combination of metal salts and compounds of the formulas (III) to (VI) enables electrolysis to be carried out economically.

Claims (17)

  1. A process for the preparation of compounds of the formula
    Figure imgb0020
    by electrolyzing a compound A) of the formula
    Figure imgb0021
    at a carbon electrode, in which, in the formula (II), the
    R¹s   are, independently of one another, hydrogen, chlorine or fluorine, the
    R²s   are R¹ or -C(R¹)₂-R³, or the grouping [C(R¹)₂]m-C(R¹)₂ is two of the radicals R²,
    R³   is -(CH₂)n-CH₂-R⁵, -(CF₂)n-CH₂-R⁵, -(CF₂)n-CF₂-R⁵ or C₁-C₁₂-alkyl which is partly or completely fluorinated, the
    R⁴s   are, independently of one another, chlorine, bromine or iodine,
    R⁵   is R¹, bromine, iodine, -CO-R⁶ or -SO₂-R⁶,
    R⁶   is -OH, -O-alkyl having 1 to 6 carbon atoms in the alkyl radical, fluorine or chlorine,
    m and n independently are zero or an integer from 1 to 12, preferably 1 to 6, and at least one R¹ is fluorine,
    in a divided or undivided electrolysis cell in the presence of B) at least one onium compound containing at least one nitrogen or phosphorus atom, and C) at least one soluble metal salt having a hydrogen overvoltage greater than 0.25 volts, relative to a current density of 100 mA/cm², in D) an electrolyte and E) in the absence or presence of 5 to 60% by weight, relative to the total amount of the electrolyte, of at least one inorganic and/or organic acid and/or salts thereof, under atmospheric pressure or under an elevated pressure of up to 10 bar at a current density of 1 to 600 mA/cm² and at a temperature within the range from -40°C to the boiling point of the electrolyte.
  2. The process as claimed in claim 1, wherein as component C) salts of the metals lead (Pb), chromium (Cr), copper (Cu), silver (Ag), thallium (Tl) and bismuth (Bi) are employed, the anions being Cl⁻, SO 2- 4 
    Figure imgb0022
    , NO₃⁻, CH₃COO⁻ and PO 3- 4 
    Figure imgb0023
    .
  3. The process as claimed in claim 1 or 2, wherein the electrolysis temperature is -30 to 90°C, especially -10 to 80°C, the current density is 10 to 500 mA/cm², especially 20 to 400 mA/cm², and the pressure is up to 7 bar, especially up to 5 bar.
  4. The process as claimed in one or more of claims 1 to 3, wherein the dichlorides, dibromides or bromochloride addition products of appropriate olefins are employed as the compounds of the formula (II).
  5. The process as claimed in claim 4, wherein the dichlorides, dibromides or bromochloride addition products of 1,1,2,2-tetrafluoroethylene, 1,1,2-trifluoro-2-chloroethylene, 1,1,2-trifluoroethylene, the various dichlorodifluoroethylenes, difluoroethylenes or difluorochloroethylenes, 1,1,2-trichloro-2-fluoroethylene, fluoroethylene, the various dichlorofluoroethylenes and chlorofluoroethylenes and hexafluoropropene are employed.
  6. The process as claimed in one or more of claims 1 to 5, wherein the onium compounds B) employed are compounds of the formulae
    Figure imgb0024
    Figure imgb0025
    Figure imgb0026
    Figure imgb0027
    in which
    X   is phosphorus or nitrogen,
    R⁷   is hydrogen, alkyl, cycloalkyl, aralkyl having 1 to 18 carbon atoms in the alkyl radical and aryl having 6 to 12 carbon atoms,
    R⁸   is the same as R⁷ or denotes -(R⁷-O)pR⁷,
    R⁹   is the same as R⁷ or R⁸ or denotes -CH₂(Y)qCH₂-,
    R¹⁰   is -(CH₂)p-, -CH₂-[O-(CH₂)p]q-O-(CH₂)₂-,
    p   is an integer from 1 to 12,
    q   is zero or an integer from 1 to 6,
    Y   is nitrogen, oxygen, sulfur or -CH₂- and
    Z   is -OH or an anion of an inorganic or organic acid.
  7. The process as claimed in one or more of claims 1 to 6, wherein electrode graphite, impregnated graphite, porous graphite, carbon felts, vitreous carbon or carbon-plastic composite materials are employed as the carbon electrode.
  8. The process as claimed in one or more of claims 1 to 7, wherein the electrolysis is carried out continuously or discontinuously.
  9. The process as claimed in one or more of claims 1 to 8, wherein the electrolysis is carried out in divided electrolysis cells in which a catholyte D₁) and anolyte D₂) are present.
  10. The process as claimed in one or more of claims 1 to 9, wherein water and as component E) 10 to 50% by weight of at least one organic acid and/or salts thereof are employed.
  11. The process as claimed in claim 10, wherein the organic acid employed is formic acid, acetic acid, chloroacetic acid, methanesulfonic acid, methanephosphonic acid or the fluorinated ether-carboxylic acids
    Figure imgb0028
    in which r = 0 and 1.
  12. The process as claimed in claim 10, wherein the ammonium, sodium, potassium or tetraalkylammonium salts, having 1 to 4 carbon atoms in the alkyl radical, of the acids E) are employed.
  13. The process as claimed in one or more of claims 1 to 9, wherein at least one organic solvent, water or a mixture of both is employed as the electrolyte D) or as the catholyte D₁).
  14. The process as claimed in claim 13, wherein the organic solvent is methanol, ethanol, the various propanols, ethylene glycol, dioxane, N,N-dimethylformamide and N-methyl-2 -pyrrolidone.
  15. The process as claimed in one or more of claims 1 to 14, wherein the compounds of the formula (II) are employed in amounts of 1% to 60%, preferably 5 to 50%, relative to the total amount of the electrolyte D) or the catholyte D₁).
  16. The process as claimed in one or more of claims 1 to 15, wherein the salts C) are employed in amounts from 10⁻⁵ to 5% by weight, preferably from 10⁻³ to 5% by weight, in each case relative to the total amount of the electrolyte or catholyte.
  17. The process as claimed in one or more of claims 1 to 16, wherein the compounds B) are added in amounts from 10⁻⁵ to 10% by weight, preferably from 10⁻⁴ to 5% by weight, relative to the total amount of D) or D₁).
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